Försök med polymermodifierade bindemedel i dränerande asfaltbetong : provvägsförsök E20, Partille (1990-2000). Slutrapport

VTI notat 53-2000

Försök med polymer-

modifierade bindemedel

i dränerande asfaltbetong

Prowägsförsök E20, Partilie (1990-2000)

Slutrapport

Författare

Torbjörn Jacobson

och

Fredrik Hornwall

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Projektnummer

60265

Projektnamn

Uppföljning, E20 Partilie

Uppdragsgivare

Vägverket, Region

Väst

Distribution

Fri

Förord

Dränerande asfalt har många fördelar för trafikanten och omgivningen, t ex mindre vatten på vägytan vid regn och bullerreducerande förmåga. Problemet med öppnare beläggningar har varit sämre hållbarhet och att den dränerande och bullerreducerande effekten har relativt kort livslängd. Mot den bakgrunden genomfördes ett provvägsförsök i göteborgsområdet med dränasfalt där syftet först och främst var att studera bindemedlets inverkan på dränerande asfaltbetong. Försöket initierades av Vägverket, Skanska och Nynäs AB och har följts upp och utvärderats av VTI.

Kontaktman på Vägverket Region Väst har varit Hans Stjernberg. Från Skanskas och Nynäs sida har Ingmar Gustavsson, Thorsten Nordgren och Sven Fahlström medverkat. På VTI har Torbjörn Jacobson varit projektledare och ansvarat för uppföljningarna. Fredrik Hornwall och Karl-Axel Thörnström har medverkat vid sammanställningen av rapporten samt utfört fält- och laboratorieundersökningar.

Torbjörn Jacobson

Innehåll

Fö r- och n a ck d ela rm edd rä neran dea sfa ltbeto n g...9

Minskad risk fö r vattenplaningoch bättre våtfriktion... 9

Mindre stänk från trafiken... 9

Bättre Ijusreflektionsegenskaper... 9

Reducerat trafikbuller... 10

Begränsad användbarhet... 10

Omdiskuterad långtidseffekt av trafiksäkerhetseffekten och beläggningens beständighet... 10

PR O Y V Ä G S F Ö R S Ö K PÅ E20, P A R T IL L E ... 12

Besk r iv n in gav provsträ cko rochin gå end e m a t e r ia l... 12

Utfö r a n d eavprovv ä g e n... 14 Allmänt... 14 Iakttagelser... 14 Produktionskontroll... 15 L Å N G T ID S U P P F Ö L JN IN G AV P R O V V Ä G E N ...17 Al lm ä n t...17 Tjo c k lek sm ä tn in gmed hjälpav St r a t o t e s t... 18

MÄTNING AV YTTEXTUR OCH YTDRÄNERING MED UTFLÖDESMÄTARE... 19

Slitagefrånd ubbad efo r d o n...20

Mätmetod... 20

Beräkning av SPS-tal... 21

Resulta t från fältmätningar...22

VÄGYTEGENSKAPER MÄTT MED LASER-RST... 25

Mätmetod...25

Resultat från vägytmätningarna 27 Okulärb esik tn ing avv ä g en... 29

An alyseravborrkä rno r samtjä m fö relserm o tm assans egen ska per vid UTFÖRANDET... 31

Bindemedelshaltoch kornkurva...31

Analyser av bindemedlets egenskaper...34

Hålrumshalt 35 Pressdraghållfasthet...36

Vattenkänslighet genom pressdraghållfasthetsprovning...37

Cantabrian test... 38

Vattenkänslighet genom mätning av styvhe 40 SA M M A N FA TTA N D E K O M M E N T A R E R O C H SL U T S A T S E R ... 42

L IT T E R A T U R ... 48

Sammanfattning

Syftet med provvägen var att se om polymermodifierade bindemedel (PmB) kunde förbättra hållbarhetsegenskaperna hos dränerande asfaltbetong, framför allt i fråga om beständighet och slitstyrka. Det grövre stenmaterialet i beläggningen utgjordes av kvartsit från Dalsland. Provvägen ingick i en större satsning på polymermodifierade bindemedel tillsammans med försöken på E6, Åbro och E20/E18 Örebro. Försöket planerades av Vägverket och Skanska medan VTI:s roll inriktades mot den långsiktiga uppföljningen och utvärderingen av provvägsförsöket.

Provsträckorna som lades på E20 vid Partille 1990 har följts upp regelbundet under hela 90-talet. Fyra provsträckor, vardera ca 400 m långa, ingick i provvägen. Tre av sträckorna innehöll PmB (Vestoplast, PmB 20 och Caribit) och en sträcka var referens med konventionellt bindemedel (B 85).

Denna rapport behandlar utförandet av provvägen, bland annat med avseende på materialkontroller på massa och borrkärnor samt samtliga uppföljningar som gjorts mellan 1990 och 2000. Följande områden belyses särskilt:

• Dubbavnötning

• Utveckling av spår och jämnhet • Makrotextur och ytdräneringsförmåga • Utveckling av hållfasthet och beständighet

• Förändring av hålrumshalt och materialsammansättning • Åldring av bindemedel

• Skadeutveckling

Ingenting i undersökningen, som omfattade upp till 10 års uppföljning, pekar mot att dränbeläggningarna innehållande polymermodifierade bindemedel (av typ Vestoplast, PmB 20 eller Caribit) erhållit markant bättre hållbarhet eller längre livslängd än referensen med konventionellt bindemedel (B 85). Skillnaderna i dubbavnötning, spårbildning, makrotextur, hålrumshalt, åldring, nedkrossning, mekaniska egenskaper, beständighet eller skadeutveckling är liten mellan de olika sträckorna även om vissa olikheter finns.

En markant åldring av bindemedlen konstaterades vid uppföljningarna 1994 och 1999. Hålrumshalterna hade också minskat betydligt. De största förändringarna skedde under de första åren. Några av de modifierade bindemedlen som ingick i provvägen gav enligt beständighetstestema av borrkärnor en viss förbättring av resistensen mot vatten. Det verkar dock som om denna effekt varit otillräcklig för att beläggningarna i detta fall skulle få bättre hållbarhet (mindre stenlossning eller lägre spårbildning) än referensen. Enligt de okulära besiktningarna erhöll samtliga sträckor med tiden en del stenlossning (främst under senare år) men trots allt i relativt liten omfattning och ingen av sträckorna hade behövts åtgärdas. Skadorna hade sin största utbredning på fuktiga och skuggiga partier och var inte speciellt kopplade till typen av bindemedel eller sträcka. Provvägen kommer att åtgärdas i

Inledning och syfte

På uppdrag av Vägverket, Region Väst, har VTI följt upp en provväg med dränerande asfaltbetong på E20, Partille, strax öster om Göteborg.

Syftet med försöket var att se om polymermodifierade bindemedel (PmB) kunde förbättra hållbarhetsegenskaperna hos dränerande beläggning, framför allt i fråga om beständighet och slitstyrka. Det grövre stenmaterialet i beläggningen utgjordes av kvartsit från Dalsland. Fyra sträckor ingick i provvägen, tre med PmB och en referens med konventionellt bindemedel.

Provvägen ingick i en större satsning på polymermodifierade bindemedel tillsammans med försöken på E6, Åbro och E20/E18 Örebro. Försöket planerades av Vägverket och Skanska medan VTI:s roll inriktades mot den långsiktiga uppföljningen och utvärderingen av provvägsförsöket. Provvägen finns beskriven i några tidigare lägesrapporter (litteraturlistan).

Dränerande asfaltbetong

Historik

De första försöken (i USA) med bituminösa slitlager av öppen typ genomfördes redan under 1930-talet i staten Oregon. Utvecklingen gick sedan långsamt framåt för att först under början av 1980-talet ta fart ordentligt. Anledningen till den långsamma utvecklingen i början var delvis att tät asfaltbetong ansågs ge bättre slitageegenskaper samt skydda de underliggande lagren från utlakning. Dessutom uppmärksammades en del misslyckanden med ABD-beläggningar, t ex stenlossning och bindemedelsavrinning vilket gav dålig hållbarhet.

De första försöken med slitlager av ABD-typ genomfördes för att hitta ett alternativ till ytbehandling som ansågs alltför känsliga för blödningar och stenskott på högtrafikerade vägar. Ytbehandlingar har annars, liksom dränasfalt, en hög makrotextur (ytskrovlighet), vilket är positivt för vägytans friktion och vattenavrinning. Relativt snart uppmärksammades att öppna slitlager hade flera fördelar jämfört mot de vanligare täta slitlagerbeläggningarna, t ex dränerande och bullerreducerande förmåga.

På senare år har intresset för dränerande beläggning varit litet i Sverige medan stora satsningar görs i Europa. I bland annat Holland och Italien har många motorvägar dränerande slitlager av miljö- och framkomlighetsskäl. Det minskande dubbslitaget i Sverige innebär dock att möjligheterna för dränerande beläggningar bör ha ökat, t ex kan största stenstorleken sänkas från 16 till 11 mm på högtrafikerade vägar. Bulleregenskaperna förbättras vid mindre stenstorlek. Som alternativ till öppna beläggningar har också andra typer av åtgärder testats för att minska bullret från beläggningen, t ex olika typer av modifierade bindemedel (gummi, PmB) och finkorniga massatyper med relativt bra textur. Dränerande asfaltbetong anses ge ca 20-30 % kortare livslängd än motsvarande tät

också i flera fall klarat högre hastigheter sämre än tät asfalt. Det finns dock många exempel på lång livslängd även för dränerande asfaltbetong, t ex i Skåne. Valet av bindemedel och stenmaterial, proportioneringsmetodiken samt utförandet är mycket viktigt för denna beläggningstyp och det är inte säkert att samma förfarande som används för tät asfaltmassa fungerar för öppnare massor. På detta område finns det mycket att göra för att förbättra hållbarheten hos beläggningen.

Beskrivning

Den dränerande asfaltbetongen består av en komposition med en relativt stor andel grov sten i en snäv fraktion och en liten andel fint stenmaterial, vilket gör att de grövre stenarna bildar ett stenskellett i den färdiga beläggningen tillsammans med bindemedlet på de grövre stenarna. Finmaterialet fördelas tillsammans med bindemedlet på de grövre stenarna. Detta medför att det mellan de grova stenarna bildas luftfyllda hålrum som i en normal ABD-beläggning uppgår till ca 20 vol-%.

Figur 1 Kornkurva fö r dränerande asfaltbetong (ABD 16) enligt 94.

Den stora hålrumsvolymen, varav merparten utgörs av kommunicerande hålrum, gör att det vatten som träffar beläggningens yta snabbt dräneras ned i beläggningens hålrum för att därefter ledas ut till vägkanten på den täta jämna beläggningen som enligt anvisningarna ska utgöra underlag till en dränerande asfaltbetong.

Bindemedelshalten ligger normalt i ABD 11-16 mm mellan 5,0-5,5 % beroende på största stenstorlek och bindemedelstyp. Numera används huvudsakligen modifierade bindemedel men enligt VÄG 94 får även B 85, B 120 och B 180 användas. Vid högre bindemedelshalt brukar fibrer tillsättas massan om standardbindemedel används. Det finns också flera firmabundna varianter av ABD, t ex Duradrän och Viacodrän. En produktutveckling har skett på senare år och den typen av dränerande slitlager brukar innehålla modifierade bindemedel och tas fram genom relevant proportionering.

För- och nackdelar med dränerande asfaltbetong

Minskad risk för vattenplaning och bättre våtfriktion

En relativt ny tät asfaltbetong med normal yttextur utgör normalt sett inga problem ur vattenplaningssynpunkt. Efter några års trafik uppstår dock oftast tvärgående ojämnheter i form av spår, vilket medför att regnvatten kan ansamlas i hjulspåren med ökad risk för vattenplaning som följd. Om beläggningens tvärfall är otillfredsställande ökar risken för vattenansamlingar ytterligare. Öppna beläggningar har en förmåga att dränera bort vattnet från vägytan genom porerna i ytan och kanalerna i beläggningen. Skillnaden i vattenansamlingar kan därför vid regnväder vara mycket stor mellan tät och dränerande asfalt. För en bra vattenavrinning krävs dock att kanalerna i beläggningen tvättas regelbundet. Underlaget måste också vara tät och helst bör ett membran finnas under det dränerande lagret (över hela vägbanan) som kan leda bort vattnet till vägkanten.

Figur 2 Dränerande förmåga hos beläggningar.

Mindre stänk från trafiken

Sprut och stänk från framför allt tunga fordon utgör ett trafiksäkerhetsproblem vid vått väglag beroende på att sikten försämras. Problemet är särskilt uttalat på vägar med hög trafikmängd och under vintern då vattnet från vägen smutsar ned vindrutorna kraftigt. Problemet är speciellt stort vid relativt kritiska trafiksituationer som vid omkörning eller möte av trafik.

Bättre ljusreflektionsegenskaper

Eftersom ingen ytfilm bildas på en korrekt utförd dränbeläggning erhålls inte den speglande reflektion som normalt uppstår på en tät asfaltbetong vid vått väglag. Detta innebär att en betydligt större del av ljuset från det egna fordonets strålkastare reflekteras tillbaka till föraren istället för att spegelreflekteras i vattnet och blända förare i mötande fordon. Förbättrade ljusreflektionsegenskaper har en positiv effekt på trafiksäkerheten både inom och utanför tätorter. I tätorterna förekommer många ljuskällor i gatans omgivning som vid regn och mörker

Figur 3 Ljusreflektionse genskaper hos beläggningar.

Reducerat trafikbuller

Dränerande asfaltbetongs förmåga att reducera buller är en egenskap som i första hand gynnar boende eller andra som vistas i vägens närmaste omgivning. Vad vägtrafikbuller beträffar räknar man med att 25-30 % av befolkningen i flertalet av västländerna störs av trafikbuller. Bullret uppgår sällan till sådana nivåer att hörseln kan skadas. Däremot är trafikbullrets inverkan på olika aktiviteter som samtal och sömn vanligare. Utbyggnaden av större trafikleder inom tätorterna har medfört att trafiken koncentrerats på trafikleder med relativt hög tillåten hastighet vilket har medfört att allt fler människor utsätts för vägbuller från framför allt bildäck.

Begränsad användbarhet

Eftersom en dränerande beläggning i sig inte avleder vatten från beläggningsytan är kraven på de underliggande lagren stora. Den dränerande beläggningen kan inte användas på gamla spruckna, krackelerade eller på annat sätt deformerade slitlager eftersom vattenavrinningen ur dränbeläggningen är beroende av det underliggande lagret. Ett krackelerat lager under en dränerande asfaltbetong skulle kunna innebära att vatten tränger ned i vägkonstruktionen med eventuella skador som följd. Ett deformerat lager under dränbeläggningen (främst spår) kan sätta vattenavrinningen från beläggningen ur funktion vilket kan leda till att vatten blir stående i beläggningen med beständighetsskador som följd. Stora krav ställs alltså på att en dränerande beläggning ska ha ett tätt och jämnt underlag för att fungera på ett korrekt sätt. Helst bör ett vattenledande membran läggas mellan underlaget och den öppna asfalten i ytan.

Omdiskuterad långtidseffekt av trafiksäkerhetseffekten och beläggningens beständighet

Långtidseffekten av de trafiksäkerhetsbefrämjande och bullerdämpande effekterna beror på hur väl beläggningen bibehåller de dränerande egenskaperna och på hur resistent beläggningen är mot slitage från dubbdäckstrafik. Om beläggningens porer (hålrum) sätts igen av nötningsprodukter från beläggningen, däck eller av oljespill från fordon minskar luftvolymen i beläggningen, vilket påverkar både

den dränerande och den bullerdämpande förmågan i negativ riktning. Slitaget som orsakas av dubbade däck innebär också att luftvolymen minskar genom att beläggningens tjocklek minskar.

Livslängden hos en öppen dränerande beläggning ur beständighetssynpunkt är också en omdiskuterad faktor. Eftersom en dränbeläggning är höggradigt porös utsätts den därmed också för särskilt stor påfrestning både av nedträngande vatten och frysning samt av trafikpåkänningen. Samtidigt har porerna grova dimensioner och kommunicerar väl med varandra så att porvattentryck på grund av inneslutet vatten eller hydrauliskt tryck beroende på volymsökning vid frysning av vatten till is inte behöver uppstå. Genom att dränbeläggningen är porös är det viktigt att materialet, trots en relativ liten andel bruk, har en bra kohesion så att inte

materialet lossnar ur beläggningen. Det ställer höga krav på

vidhäftningsegenskaperna mellan bindemedlet och stenen samt att massan är proportionerad på bästa sätt. Vidhäftningsegenskaperna (och övriga egenskaper) påverkas av den oxidation (förstyvning) som sker av bindemedlet och resulterar i ökad sprickkänslighet. Det är ett välkänt faktum att en öppen beläggning av typ ABD på grund av sin stora tillgång till syre (och vatten) erhåller en snabbare oxidering (åldring) av det bindemedel som ingår i beläggningen vilket kan leda till en kortare livslängd jämfört mot en tätare beläggning.

Provvägsförsök på E20, Parti lie

Beskrivning av provsträckor och ingående material

Provsträckorna lades sommaren 1990 och har därefter regelbundet följts upp under hela 1990-talet. Fyra provsträckor, vardera ca 400 m långa, ingick i försöket. Provsträckornas lägen på vägen och dränasfaltens sammansättning framgår av figur 4. Sträcka 1 var referens, medan övriga innehöll modifierat bindemedel av olika typer. Skyltad hastighet har varit var 90 km/h och 110 km/h. Trafikvolymen, ADT, var 1995 ca 37 300 fordon per dygn för samtliga körfält i båda riktningarna. Medelhastigheten för personbilarna har uppmätts till 97 km/tim (vid skyltad hastighet 90 km/h).

1/712 80 HABD 18, 55% KV 5,4% CA R IB IT 138 T O N 1/238 80 HABD 18, 55% KV 5,0% Pm B 20 129 T O N 0/836 80 DU RADRÄN 16, 55% KV 5,4% B 85 ♦ 0,4% VE S TO PLAST 121 T O N 0/432 80 DRAINOR 16, 55% KV 5,4% B 85 123 T O N 0/000

Figur 4 Provsträckor med dränerande asfaltbetong, E20, Partilie.

Följande bindemedel ingick i provvägen: • sträcka 1: B 85 från Nynäs (referens)

• sträcka 2: B 85 + Vestoplast som är en typ av amorf polyolefin och kommer från Tyskland

• sträcka 3: PmB 20 från Nynäs, SBS-polymer, basbitumen B 120

• sträcka 4: Caribit från SHELL i Danmark, SBS-polymer, basbitumen B85 I sträcka 1 ingick mineralfiber, typ Inorphil. Övriga sträckor innehöll ingen fiber.

STOCKHOLM

©

©

©

©

Stenmaterialet > 8 mm bestod av kvartsit fån Kärr i Dalsland. Materialet mindre än 8 mm kom från bergtäkten vid asfaltverket i Kållered. Stenmaterialens egenskaper framgår av tabell 1.

Tabell 1 Egenskaper hos det ingående stenmaterialet. Material Fraktion

Flisig-hetstal Spröd­ hets tal Slip­ värde Kulkvarns-värde Komp.-densitet Kvartsit, Kärr 8-11,2 1,31 40 1,36 7,1 2,63 11,2-16 1,27 42 - - 2,62 Lokalt material * 8-11,2 1,45 50 1,93 - 2,76

** Provningen av materialet 0-8 mm utfördes på fraktionen 8-11,2 mm av samma stenmaterial.

Den petrografiska beskrivningen av stenmaterialet från Kärr var att provet till ca 70 % bestod av kvartsit, ca 15 % kvarts och ca 15 % övriga mineraler. Kvartsiten var grå eller mörkgrå, finkornig med vittringsbeläggningar på ytor. Kvartsen var ljus, grovkornig och pegmatitisk. De övriga mineralerna bestod mestadels av granit men även gnejs och grönsten.

Materialet från täkten i Kållered bestod till hälften av amfibolit och till hälften av granit. Amfiboliten var, förutom varierande mineralstorlek, homogen. Gruppen granit utgjordes av granit, gnejs, kvarts mm. Variationerna inom gruppen var stora både när det gällde mineralstorleken och den mineralogiska sammansättningen

Utförande av provvägen

Allmänt

Försöket utfördes den 22-23 augusti 1990 och väderleken var vid utförandet bra (temperatur ca +20°C och mestadels soligt). Massorna levererades av Skanskas asfaltverk i Kållered medan utläggningen utfördes av Angereds asfalt.

Förprovningen (proportioneringen) utfördes av Skanska i Angered. I massan på sträcka 1 (Drainor) tillsattes mineralfibrer av typen Inorphil från Laxå bruk.

Prover på bindemedel togs från tankbil och/eller tank. I samband med provtagningen mättes även temperaturen i bindemedlet. Bindemedlet till sträcka 1 (B 85) uppmättes till 160°C, sträcka 3 (PmB 20) till 170-200°C och sträcka 4 (Caribit) uppmättes temperaturen till 149-200°C. Bindemedlet till sträcka 2 (med Vestoplast) var samma som till sträcka 1, dvs. en konventionell B 85.

I samband lastningen av massa från fickan till flaket på lastbilarna togs tre massaprov per sträcka. Temperaturen, ca 10 cm in i massan, mättes i samband med provtagningen. Ytterligare tre asfaltprov togs i skruven på läggaren ute på vägen. De massatemperaturer som uppmättes vid verket respektive vid vägen var följande.

Tabell 2 Provtagning och temperaturer i massan.

Sträcka n r

Recept Vid verket

Tid Temp.

Vid vägen

Sektion Tid Temp.

1:1 Drainor 6.15 165 0/100 7.45 146 1:2 7.45 152 0/200 8.00 144 1:3 8.05 157 0/300 8.10 -2:1 Duradrän 10.35 163 0/532 11.30 149 2:2 11.00 153 0/632 11.40 144 2:3 11.55 156 0/732 12.00 134 3:1 PmB 20 15.00 169 0/936 15.45 147 3:2 15.25 162 1/036 16.00 156 3:3 15.35 167 1/136 16.15 148 4:1 Caribit 6.10 163 1/338 6.50 136 4:2 6.35 175 1/438 7.15 159 4:3 7.10 170 1/538 7.30 160 Iakttagelser

Vid utförandet av sträcka 1 med B85 observerades inga problem.

Vestoplasten som blandades in i massan vid sträcka 2 bestod av små plastliknande

kulor som inblandades direkt i verket. Ingen separat bindemedelstank behövdes utan polymeren tillsattes direkt i biandaren ungefär samtidigt med stenmaterialet. Vid kontakten med det varma stenmaterialet och bindemedlet (B 85) smälte polymeren och en modifierad asfaltmassa erhölls. Den mängd polymerer som tillsattes motsvarade ungefär 7 vikt-% av bindemedlet eller 0,4 vikt-% av stenmaterialet.

Bindemedlet till sträcka 3 (PmB 20) levererades i tankbil från Nynäshamn. Enligt

föraren av tankbilen var temperaturen vid lastningen ca 193°C. Vid ankomsten uppmättes temperaturen till ca 170°C. För att lyckas pumpa över bindemedlet från depåtanken till biandaren var man tvungen att värma upp det till ca 200°C. Innan dess omlastades bindemedlet två gånger bland annat beroende på behovet av uppvärmning.

Bindemedlet till sträcka 4 (Caribit) uppvärmdes efter omlastning till ca 200°C. Vid ankomsten till asfaltverket hade bindemedlet en temperatur av 149°C.

Produktionskontroll

Massaproven som togs vid asfaltverket under försöket analyserades på VTI:s laboratorium med avseende på bindemedelshalt och kornkurva. Resultaten framgår av tabell 3.

Tabell 3 Resultat från produktionskontroll av och kornkurva.

Sträcka (provnr.) Binde­ medelshalt % Kornkurva 0,075 2,0 4,0 8,0 % % % % 1:2 Drainor 5,2 4,6 11,9 20,1 38,2 2:2 Duradrän l} 4,6 (+0,4) 4,9 11,8 20,2 37,5 2:3 2) 4,9 (+0,4) 4,7 11,3 21,5 41,0 3:2 PmB20 l) 3,7 4,6 11,5 17,6 33,5 3:3 2) 4,8 4,8 11,9 24,7 41,0 4:2 Caribit 0 4,5 4,4 10,4 18,8 34,7 4:3 2) 5,4 4,8 12,5 24,7 48,0

!) Provet extraherades normal tid. 2) Provet extraherades 24 timmar.

Produktionskontrollen visade att finmaterialhalten låg nära den övre gränsen för ABD i BYA 84, vilket bland annat medförde låga hålrum (se senare avsnitt i rapporten). Bindemedelshalten påverkades uppenbarligen av extraktionstiden när polymermodifiering ingår i massan.

Bild 1 Utläggning av dränerande asfaltmassa på E20, Partilie.

Bild 3 Nylagd yta i K l med dränerande beläggning.

Långtidsuppföljning av provvägen

Allmänt

Provvägen har följts upp sedan utförandet 1990 fram till hösten 1999 då provvägen avslutades i och med att ett antal borrprov togs ut från vägen och den sista RST-mätningen gjordes. Uppföljningen av provvägen har omfattat en rad olika undersökningar.

• Avnötningsmätning med laserprofilometer (dubbslitage) • Vägytegenskaper och tillstånd med RST

• Okulär besiktning (utveckling av skador) • Tjockleksmätning (Stratotest)

• Yttextur/ytdränering med utflödesmätare • Analyser av borrkärnor

Bindemedelshalt och kornkurva Hålrumshalt

Pressdraghållfasthet Styvhetsmodul

- Cantabrian test (beständighet) Vattenkänslighet

Analyser på bitumenåterstod efter återvinning * Penetration vid 25° C

* Mjukpunkt, KoR

* Elastisk återgång vid 10°C * Duktilitet vid 25 °C

Tjockleksmätning med hjälp av Stratotest

Med hjälp av elektronisk tjockleksmätare (Stratotest) och i beläggningen nedlagda aluminiumplåtar mättes tjockleken hos det nya slitlagret av dränerande asfaltbetong. I samband med läggningen av asfalten lades tunna aluminiumplåtar ut på den gamla beläggningsytan. Två tvärgående plåtar (storlek 3,35*0,22 m) lades ut på varje sträcka. På grund av att ytan var skrovlig användes plåtar istället för folie som normalt används om ytan är slät. Folien är svår att fästa och skadas lätt om underlaget är ojämnt.

Bild 4 Tjockleksmätning av slitlager genom Stratotest.

Avsikten med mätningarna var i första hand att studera slitlagrets

deformationsbenägenhet (stabilitet) och inte avnötningen som mättes genom laserprofilometer.

Tre mätningar utfördes på beläggningarna. En mätning direkt innan trafikpåsläpp, en mätning efter en månads trafik och en sista mätning våren efter utförandet (1991). Efter den tredje mätningen kunde det konstateras att aluminiumplåtarna inte satt ordentligt fast mot underlaget utan rörde på sig (beläggningen lossnade på plåtarna). På grund av detta utfördes inga fler mätningar med Stratotest på objektet.

Ingenting från mätningarna tydde på att slitlagret deformerades under den första tiden efter utläggningen. Spår på några mm kunde skönjas men de berodde troligen på naturlig efterpackning av beläggningen. Det är dock mycket oklart huruvida resultaten från mätningarna är relevanta eftersom aluminiumplattorna

hade rört på sig. Det är inte heller relevant med traditionella

deformationsmätningar på dränbeläggning om inte bindemedelshalten ligger på onormalt hög nivå. Dränasfalt är genom sin höga stenhalt och låga bindemedelshalt stabil och inte känslig för plastiska deformationer. Onormalt hög spårbildning på denna typ av beläggning beror på stenlossning eller dubbslitage om stenmaterialet har dålig slitstyrka.

Mätning av yttextur och ytdränering med utflödesmätare

Beläggningens ytdräneringsförmåga provades hösten 1990 genom VTIs

utflödesmätare (Ml-517, 100). Mätningarna utfördes genom att en cylinder med vatten placeras på vägytan. En bottenventil öppnas och utflödet av vatten registreras med hjälp av ett stoppur. Den registrerade utflödestiden indikerar vägytans skrovlighet (textur). Ju grövre textur, desto kortare utflödestid och därmed bättre dränerande (ytvattenledande förmåga). Resultaten från mätningen redovisas i tabell 4.

Bild 5 Utflödesmätare fö r mätning av makrotextur och ytvattenavrinning.

Tabell 4 Ytdräneringsförmåga enligt utflödesmätare hösten 1990.

Sträcka Sektion Vänster

hjulspår Mellan hjulspår Höger hjulspår Medel­ värde Std. Avvik. 1, Drainor 0 /2 0 0 12,0 12,0 8,0 - -0/225 11,0 13,5 8,0 - -0 /2 5 -0 10,0 10,5 9,0 10,4 1,9 2, Duradrän 0 /5 9 9 9,5 11,0 6,5 - -0 /6 24 9,0 12,0 7,0 - -0 /6 49 7,0 9,0 6,0 8,5 2,1 3, PmB 20 1/000 8,0 8,0 8,0 - -1/025 12,0 16,0 6,0 - -1/050 14,0 16,0 8,0 10,7 3,9 4, Caribit 1/375 8,0 10,0 12,0 -

-Utflödestiden varierade nästan lika mycket inom sträckorna som mellan sträckorna, vilket gjorde det svårt att dra säkra slutsatser av mätningen. Den skrovligaste ytan (minst utrinningstid) hade sträckorna 2 och 4. Sträckan med PmB20 erhöll längst utrinningstid, vilket pekar mot något slätare yta. Beläggningen på denna sträcka är också mjukare än övriga på grund av ett mjukare basbitumen.

Metoden mäter inte djupdräneringseffekten som för ABD är av avgörande betydelse för dräneringsförmågan. Utflödesmätningar utfördes endast en gång på objektet på grund av den stora spridningen i resultaten. Yttexturen mättes i stället med mätbil (Laser-RST, RRMS-värdet) under den fortsatta uppföljningen.

Slitage från dubbade fordon

Mätmetod

Dubbavnötningen har mätts med VTI:s laserprofilometer som är ett mycket precist mätinstrument framtaget för noggranna profilmätningar. Vid mätningen placeras instrumentets ben i fixar som gjutits in i beläggningen. Mättekniken bygger på kontaktlös avståndsmätning mellan profilometern och vägytan. Slitaget

(dubbavnötningen) beräknas ur skillnaden mellan nollmätningen och

slutmätningen som görs på hösten resp. våren strax före och efter dubbsäsongen. Mätutrustningen har en precision på 0,01 mm.

Slitaget redovisas dels som medelavnötningen i mm tvärs hela körbanan, dels som maximala spårdjupet i mm. Maximala spårdjupet beskriver den spårbildning som dubbtrafiken orsakat vägen.

Beräkning av SPS-tal

Med utgångspunkt från avnötningsmätningarna och trafikdata kan

beläggningarnas SPS-tal (specifikt slitage) beräknas. Trafikdata till beräkningarna har erhållits från Vägverket eller från egna mätningar. Dubbfrekvensen har hämtats från Gatubolagets årliga mätningar från Göteborgs innerstad.

SPS-talen skall uppfattas som ungefärliga och inte absoluta värden på slitaget beroende på att trafikdata och dubbfrekvensen alltid är något osäkra i dessa sammanhang. SPS-talet påverkas förutom av trafikmängden också av hastigheten, vilket försvårar direkta jämförelser mellan olika objekt. En heltäckande trafikmätning i dessa sammanhang rymmer uppgifter om trafikmängd, fördelningen mellan lätta/ tunga fordon, fördelningen mellan körfält, trafikens faktiska hastighet, andel lättviktsdubb och totala andelen dubbade fordon för det aktuella objektet under mätperioden.

SPS-talet definieras och beräknas enligt följande:

Definition:__________________________________________________________

• bortsliten mängd beläggning uttryckt i ton per kilometer väg, som

passeras av en miljon fordon med dubbade däck eller

• den mängd beläggning, uttryckt i gram, som ett fordon med dubbade

däck sliter bort på en sträcka av en kilometer

Beräkning^_____________________________________________________________

medelavnötning (mm)* 2* körfältsbredd(m)* skrymdensitet (kg/dm3) *jq6 antal dubbade fordon under mätperioden

Antal dubbade fordon = antal pers mätdygn

Antal personbilar = ÅDTtotai* mellan tunga och lätta fordon * mellan körfält

En korrekt dubbfrekvensmätning måste i södra och mellersta Sverige (Götaland och Svealand) omfatta mätningar minst varannan vecka under vintern om medeldubbfrekvensen skall kunna beräknas, vilket är nödvändigt för noggrannare slitagestudier och om VTIs slitagemodell skall användas. I Norrland, som har mer konstanta vinterförhållanden från år till år, räcker det med en mätning per månad. Lagstiftning om vinterdäck bör ge konstantare dubbanvändning även i södra Sverige och det är möjligt att det i framtiden räcker med färre mätningar (november, januari, april).

Räkning av andelen dubbade fordon på en större parkeringsplats (200 fordon behövs) rekommenderas före akustiska metoder (lyssna bredvid vägen) eftersom de nya lättviktsdubbarna hörs dåligt om vägbanan är moddig eller isig.

Resultat från fältmätningar

Resultaten från mätningarna med avseende på dubbavnötningen vintern 1990-91 till och med vintern 1998/99 redovisas i figurerna 5-7.

Figur 5 Det sammanlagda dubbslitaget (medelavnötningen över körbanan)

1990-99. E20, Partilie.

Figur 6 Spårbildningen (maximalt spårdjup) orsakat av dubbslitaget

Figur 7 Spårutvecklingen orsakat av dubbslitage 1990-99. E20, Partilie.

Kommentarer

1990/91 (första vintern)

Samtliga sträckor uppvisade förhållandevis stor avnötning första vintern. Spårbildningen var nästan 3 mm. Jämförs sträckorna med varandra var skillnaden i avnötning mycket liten det första året.

1991/92 och 1992/93 (andra och tredje vintern)

Dubbavnötningen var markant lägre, mer än halverad, andra och tredje vintern jämfört med första vintern. En mindre del kan troligen förklaras av att dubbfrekvensen och trafiken minskat något men huvuddelen berodde sannolikt på effekter av initialslitaget. Troligtvis har också svagare stenmaterialkorn i ett tidigt skede krossats av trafiken. Besiktningarna visade att huvuddelen av de stensläpp som konstaterades under de första tre åren inträffade första vintern. Partiklar som kilat fast dåligt i en dränbeläggning brukar släppa i ett tidigt skede. Jämförs sträckorna med varandra är skillnaden i avnötning mycket liten även efter två och tre vintrar.

1993/94 (fjärde vintern)

Sträcka 1 (B 85) och i viss mån även sträcka 2 (Vestoplast) uppvisade större avnötning än övriga sträckor som innehåller modifierade bindemedel. Avnötningsprofilerna från sträcka 1, som avviker från övriga sträckor, visade att beläggningen slitits över hela körbanan och inte bara i hjulspåren vilket brukar vara det normala vid spårbunden dubbtrafik.

1994/95 och 1996/97 (femte och sjätte vintern)

Skillnaderna i avnötning var fortfarande relativt små mellan sträckorna även om sträcka 1 och 2 femte vintern slitits något mindre än övriga sträckor. Ser man till den totala spårutvecklingen över fem vintrarna är skillnaden liten mellan sträckorna. Den sjätte vintern hade sträcka 1 (Drainor) slitits mindre än övriga sträckor som uppvisade ungefär likvärdigt slitage.

1996/97, 1997/98 1998/99 (sjunde, åttonde och nionde vintern)

Skillnaden i avnötning mellan sträckorna blev något större de sista vintrarna. Framför allt sträckan med PmB 20 erhöll något mer slitage än övriga sträckor.

Sammantaget slitage 1990/99

Den totala slitageutvecklingen över de nio vintrarna visade att skillnaden i slitstyrka mellan de olika sträckorna varit relativt liten även om vissa skillnader med tiden uppstått. En tendens från senare vintrar är att sträckan innehållande PmB 20 erhållit mer slitage än övriga. Spårslitaget ligger på 1,5-1,8 mm per år, vilket ger ett totalt spårdjup på ca 12-15 mm. Slitaget bedöms vara måttligt med tanke på att det handlar om dränerande beläggningar som normalt slits (eller snarare sönderfaller) mer än tät asfalt (ABS), speciellt när hastigheten är hög som här är fallet. Anmärkningsvärt är att den sträcka som klarat sig bäst ur slitagesynpunkt är den med konventionellt bindemedel.

Dubbanvändning och SPS-tal på provvägen

Med utgångspunkt från slitagedata, erhållna trafikdata och data om dubbfrekvens (figur 8) har beläggningarnas SPS-tal beräknats. SPS-talen under 1990-talet i figur 9.

Figur 8 Andelen fordon med dubbade däck i Göteborgsområdet 1990-1998. Värdena avser medeldubbfrekvensenunder perioden november-april.

Vägytegenskaper mätt med Laser-RST

Mätmetod

Vid mätning med Laser-RST erhålls mått på vägens spårdjup (maximalt spårdjup), längsojämnhet (IRI) och makrotextur (ytskrovlighet uttryckt som RRMS-värde). IRI-värdena mäts i båda hjulspåren. Makrotexturen mäts dels i högra hjulspåret, dels på vägytan mellan hjulspåren. Den bil som använts vid den senare mätningarna (1998/99) var utrustad med 17 kameror jämfört med 11 kameror tidigare. Det innebär att spårdjupet numera blir något större (några tiondels mm) eftersom fler mätpunkter på vägbanan fångar upp profilen på ett noggrannare sätt.

IRI-värdet är ett mått på vägens ojämnhet i längsled och påverkas normalt inte av dubbslitaget. Om IRI-värdet ökar med tiden är det ett mått på vägens strukturella nedbrytning och i de sammanhangen har slitlagerbeläggningen en liten roll så till vida om inte omfattande beläggningsskador uppstår som kan ge ojämnheter. Om asfaltmassan är trög vid läggningen (händer ibland) brukar IRI-värdena hamna på

Figur 9 SPS-talen 1990-99. E20, Partille.

Kommentarer

SPS-talen var höga det första året, ca 25 för samtliga sträckor, men minskade sedan markant året efter när beläggningen blivit insliten. Tendensen på längre sikt är ett minskande relativt slitage (slitage per fordon) som sannolikt beror på effekter från de skonsammare lättviktsdubben som successivt ersatt den tidigare ståldubben. De låga SPS-talen från vintern 1995/96 är svårförklariga men kan bero på störningar från slitagemätningen (kraftigt snöfall förekom vid vårmätningen). Om man bortser från denna mätning ligger slitaget lägst vid den sista mätningen vintern 1998/99, vilket pekar mot bra hållbarhet hos den vid mättillfället nioåriga beläggningen.

Makrotexturen brukar normalt inte redovisas vid RST-mätning men ingår i de

parametrar som registreras med VTIs FoU-bil (RRMS-värdet, kallas

frekvensvärde och mäts vid våglängdsområdet 10-100 mm). Ett bra samband finns mellan RRMS och Sand-Patch men absolutvärdena skiljer sig (drygt en faktor 2, VTI notat 64-1999). Idag finns dock inga krav på makrotextur för vägbeläggningar.

Resultaten som redovisas i diagrammen avser medelvärden av samtliga 20: meters sträckor som ingår i provsträckorna. Enskilda mätvärden samt medelvärden och spridningsmått finns redovisade i lägesrapporterna (se litteraturlistan).

Resultat från vägytmätningarna

Resultaten av de mätningar som utförts på objektet under uppföljningstiden redovisas figurerna 10-13.

Figur 10 Spårutvecklingen under 1990-talet på provvägen vid Partille.

Figur 11 Jämförelse mellan det totala spårdjupet enligt RST och det spårdjup som orsakats av dubbtrafiken 1990-99. E20, Partille.

Figur 12 Utveckling av jämnhet, IR 11990-99. E20, Partille.

Figur 13 Utvecklingen av makrotexturen i hjulspåren 1990-98. E20, Partille.

Kommentarer

Enligt den senaste RST-mätningen från hösten 1999 låg, för samtliga sträckor, den totala spårbildningen på 18-20 mm. Skillnaden var således liten mellan sträckorna och huvuddelen av spårbildningen kan härledas till dubbavnötningen (78-88 %). Dränerande asfaltlager anses ha mycket bra stabilitetsegenskaper på grund av det höga innehållet av grövre material som ger ett rejält stenskelett.

IRI-värdena låg 1999 mellan 1,4-1,9 mm/m med de lägsta värdena för sträcka 2 (Duradrän) som legat lägst under hela perioden. Jämfört med 1990 hade IRI- värdena ökat med ca 0,2-0,4 mm/m vid den senaste mätningen. Den nylagda beläggningen hade vid den första mätningen IRI-värden 1,3-1,6 mm/m, dvs. något högre värden än vad som är vanligt för ABS- eller ABT-beläggningar.

Makrotexturen i hjulspåren låg hösten 1999 mellan 0,8-0,9 mm, vilket innebär att ytan fortfarande kan betraktas som relativt skrovlig. Vid utförandet 1990 låg makrotexturen mellan 1,1-1,4 mm.

Okulär besiktning av vägen

Mestadels lokala stensläpp liksom en del spruckna partiklar observerades efter första vintern. De följande vintrarna gav provvägen ungefär samma intryck som efter första vintern, lokala stensläpp och enstaka spruckna partiklar men i liten omfattning. Det förelåg inte heller någon märkbar, tydlig skillnad mellan de olika sträckorna.

Antalet öppna porer i bruket bedöms (okulärt) ha minskat med tiden men fortfarande efter nio år förekom en del öppna porer, speciellt i hjulspåren. På de ställen där aluminiumplåtar lagts i vägen för tjockleksmätningar hade slitlagret lossnat från underlaget.

Enligt de senare besiktningarna från 1997-99 förekom en del sten- och materialsläpp och beläggningen började överlag se sliten och åldrad ut även om ingen åtgärd (lagning) ännu behövts göras. Öppna porer förekom i hjulspåren medan övrig beläggning såg tät ut. Beläggningen såg också sämre ut på de partier som låg i skugga och därför hade mer fuktiga lägen.

Bild 8 Dränbeläggningen efter ett par års trafik. Öppna porer förekommer i bruket.

Bild 9 Dränbeläggningenefter åtta års trafik (1998). En del materialsläpp har med tiden uppkommit.

Bild 10 Dränbeläggningen efter åtta års trafik (1998). Fortfarande förekom enstaka öppna porer i bruket. En del stenlossning hade med tiden uppkommit.

Analyser av borrkärnor samt jämförelser mot massans egenskaper vid utförandet

Under uppföljningstiden togs vid ett antal tillfällen borrkärnor av beläggningen. Provtagningarna utfördes, förutom vid utförandet 1990 (massaprov), hösten 1990, sommaren 1994 och hösten 1999. Provtagningen 1994 ingick i en inventering av dränerande beläggningar i samband med att ett flertal objekt erhöll skador under vintern 1993/94 (VTI meddelande 766). De egenskaper som undersökts på borrkärnorna var

• Bindemedelshalt och kornkurva • Hålrumshalt

• Pressdraghållfasthet • Styvhetsmodul

• Cantabrian test (kohesion - beständighet) • Vattenkänslighet

• Analyser på bitumenåterstod efter återvinning

För att inte dubbslitaget skulle påverka proven alltför mycket togs borrkärnorna i sidan av yttre hjulspåret. Andelen öppna porer i vägytan var enligt de okulära besiktningarna större i spåren och mindre på de ytor som låg mellan och utanför hjulspåren. Den tunga trafiken har vid regn en viss tvättande effekt på porerna i vägytan på öppna beläggningar.

Bindemedelshalt och kornkurva

Analyserna av bindemedelshalt och kornkurva (figur 14-18) härstammar från provtagningarna av massa vid utförandet, provtagningen av borrkärnor 1994 och den slutliga provtagningen av borrkärnor 1999. I jämförelserna har också arbetsreceptet lagts in. Gränskurvan som tagits med i figurerna härstammar från VÄG 94 (ABD 16).

Figur 15 Kornkurvor på prov från sträcka 2 E20-Partille.

Figur 17 Kornkurvor på prov från sträcka 4 (Caribit), E20-Partille.

Figur 18 Bindemedelshalterpå prov från E20, Partille.

Kommentarer

Finmaterialhalterna som från början låg nära den övre gränsen för ABD 16 har med tiden blivit högre enligt borrkärnorna från 1994 och 1999. Fillerhalten låg vid provtagningen 1999 mellan 7,4-8,3 % som kan jämföras mot arbetsreceptets 5,0 %, dvs. en ökning på 2,4-3,3 % jämfört mot arbetsreceptet. Kvalitetskontrollen av massa 1990 uppvisade lägre värden (4,4-4,9 %) så ökningen har varit ännu större.

kornkurvan hamnat ovanför gränsvärdena för ABD16 i VÄG 94. Skillnaden i gradering är mycket liten mellan provsträckorna.

Ytterligare en förklaring till de höga finmaterialhalterna är att proven som togs 1994 och 1999 borrades närmare vägkanten där beläggningen inte tvättats lika mycket av den tunga trafiken som i hjulspåren. De låga hålrumshalterna som uppmättes på borrproverna (se nästa avsnitt) visar också att de sammanhängande porerna i beläggningen till stor del blivit fyllda med smuts.

Vid provtagningen 1999 erhölls överlag något högre bindemedelshalter, sannolikt beroende på de stensläpp (samt avnötning) som förekommit under senare år, jämfört med provtagningen från 1994. Om en jämförelse görs mot massaproven från utförandet (tagna i samma sektioner) är skillnaden i bindemedelshalt förvånansvärt liten om hänsyn tas till att PmB-bindemedlen är mer svårextraherade. De små skillnader som finns beror troligen på smuts och slitagepartiklar samt stensläpp och inte på stripping av bindemedel.

För att kontrollera om polymererna löstes upp vid extraktionen av bindemedlet genomfördes 1990 en jämförande analys av bindemedelshalterna där ett prov från sträcka 1, 2 och 3 extraherades under ”normal” tid och ett likartat prov från

respektive sträcka extraherades i 24 timmar. Resultaten visade att

bindemedelshalten för det prov som extraherats under 24 timmar gav mycket bättre överensstämmelse med den i arbetsreceptet angivna bindemedelshalten. Massor med PmB behöver därför längre extraktionstid för att lösa upp (tvätta loss) polymererna så att dessa tillgodoräknas i bindemedelshalten.

Analyser av bindemedlets egenskaper

Under uppföljningen har bindemedlet, på VTI, analyserats vid tre tillfällen (1990, 1994 och 1999). Vid utförandet av prov vägen togs ett större antal prov för en rad kemiska analyser bland annat GPC och Rheometerstudier. Syftet var att studera polymerens eventuella nedbrytning under produktionsskedet. Resultaten från dessa undersökningar framgår av en SBUF rapport av bl. a. Nils Ulmgren (se litteraturlistan). I denna rapport redovisas hur bindemedlet påverkats och förändrats (åldrats) under de nio år den legat i beläggningen Följande analyser har genomförts:

• Penetration vid 25 °C (1990,1994 och 1999) • Mjukpunkt, KoR (1990,1994 och 1999) • Viskositet vid 135°C (1990)

• Duktilitet vid 25°C (1994)

• Elastisk återgång vid 10°C (1999)

Resultaten redovisas i tabell 5. Bindemedlet som analyserades 1990 var taget ur tanken vid verket.

Tabell 5 Analys av återvunnet bindemedel. Produkt Str. Mjukpunkt KoR °C -90 -94 -99 Penetration vid 25°C 1/10 mm .90 -94 -99 Viskositet vid 135°C mm2/s -90 Duktilitet vid 25°C cm -94 Elastisk återgång vid 10°C % -99 B85 1 - 66 64 85l) 12 20 2601} 28 -B85+Vest. 2 - 65 65 00 28 29 260^ 45 02) PmB 20 3 91 81 60 139 16 40 1284 6 02) Caribit 4 74 72 71 68 31 20 2460 33 02)

n Ej analyserad. Värdet avser specifikation i VÄG 94. 2> Proven brast innan de var utdragna 20 cm vid analys.

Kommentarer

Enligt borrkärnorna från 1994 var bindemedlet i hög grad åldrat. Referens sträckan med B85 erhöll en penetration av 12 medan sträckorna med PmB uppvisade penetrationsvärden på 16-31. Även mycket höga mjukpunkter erhölls på borrkärnorna från 1994 men det är känt att polymerer kan påverka (höja upp) mjukpunkten. Även provningen av duktilitet (kohesionen i bindemedlet) visade att bindemedlet åldrats mer än vad som är vanligt för täta asfaltbeläggningar. Vid inventeringen 1995 av befintliga dränbeläggningar från södra Sverige erhölls i de flesta fall anmärkningsvärt förhårdnat och åldrat bindemedel. Penetrationen låg efter fem års trafik i flera fall under 20. Överlag erhölls också låg duktilitet.

Vid provvägen Partilie erhöll sträckorna innehållande PmB något högre penetration än referensen. Anmärkningsvärt är det låga värdet på PmB 20 (pen. 16) som var baserad på B 120, dvs. den innehöll mjukare bitumen än övriga sträckor.

Borrkärnorna från 1999 uppvisade en något annorlunda resultat jämfört med 1994 men bindemedlet var fortfarande förhårdnat men inte i lika stor utsträckning som vid provningen 1994. PmB 20 uppvisade mer rimligt resultat med 40 i penetration och 60 i mjukpunkt. Ingen av de polymermodifierade bindemedlen uppvisade utmärkande elastiska egenskaper enligt test av elastisk återgång. Sannolikt har bindemedlen åldrats så mycket att effekten från polymererna inte går att mäta enligt denna metod. Vid provvägsförsöken på E6, Göteborg och E18, E20 vid Örebro uppvisade både ABS och ABT med PmB kvarhållande elastiska egenskaper efter ca 10 års trafik.

Skillnaden i resultaten mellan provtagningen 1994 och 1999 kan bero på att proven vid det tidigare tillfället togs närmare hjulspåret och på så sätt var mer påverkat av både oxidation (fler öppna porer) och vattentvättningen (pumpeffekten) från trafiken.

Hålrumshalt

sträcka. Endast en sektion per sträcka utvaldes vid provtagningen 1994. Hålrumshalter som redovisas är medelvärdena från samtliga prov per provtagningstillfälle. Resultaten redovisas i figur 19.

Figur 19 Utvecklingen av hålrumshaltenpå borrkämorfrån E20, Partille.

Kommentarer

Hålrumshalterna låg vid kvalitetskontrollen 1990 mellan 13,3 och 16,0 vol-% för borrkärnor tagna på den nylagda beläggningen.

Vid provtagningen 1994 uppvisade beläggningarna ett markant lägre hålrum än vid provtagningen 1990. Hålrumshalterna låg på 5,6-11,3 vol-% med det lägsta värdet för referenssträckan och det högsta värdet för sträcka 3 innehållande PmB 20. Vid provtagningen 1999 uppvisade borrproverna återigen låga hålrumshalter för samtliga beläggningar. Hålrumshalterna låg då mellan 6,4-9,5 vol-% med det lägsta värdet för sträcka 3 (PmB 20) och det högsta för sträcka 4 (Caribit). Den största förändringen i hålrumshalt sedan den förra undersökningen uppvisade sträcka 3 som sedan 1994 erhållit 4,9 procentenheter lägre hålrum. Det bör påpekas att proverna vid provtagningarna 1994 och 1999 borrades från sidan av spåret (för att inte proven skulle bli alltför tunna på grund av dubbslitaget) där endast en mindre del av trafiken går. I centrala delen av hjulspåren ligger sannolikt hålrumshalten på en något högre nivå men skillnaden bedöms inte vara så stor.

Pressdraghållfasthet

Pressdraghållfastheten vid 10°C har undersökts vid provtagningen 1990 och 1999. Provningsförfarandet har i princip följt FAS metod 449 eller dess föregångare MBB49 (proverna 1990). Vid undersökningen 1990 undersöktes trippelprov per serie. Fyra prov per serie undersöktes för proverna borrade 1999. Resultaten redovisas i figur 20.

Figur 20 Pressdraghållfasthet vid 10°C på borrkärnor från E20, Partilie.

Kommentarer

Pressdraghållfastheterna på borrkärnorna låg mellan 1630-1700 kPa för sträckorna 1, 2 och 4 vid provtagningen 1990. Sträcka 3 med PmB20 erhöll ett lägre värde än de övriga, ca 1100 kPa. Vid undersökningen 1999 låg pressdraghållfastheten på en högre nivå än tidigare och värdena låg mellan 1550-1820 kPa med det lägsta värdet för sträcka 3. Det innebär att pressdraghållfastheten har ökat sedan 1990 och i ett fall (sträcka 3) har en markant ökning skett. Ökningen i pressdraghållfasthet har troligen sin förklaring i minskade hålrum och framför allt den påtagliga förhårdningen av bindemedlet som med tiden skett. Sträcka 3 som uppvisar den största ökningen av pressdraghållfastheten hade också det mjukaste bindemedlet från början (B 120) och har därför relativt sett erhållit störst förstyvning av asfaltlagret.

Vid undersökningen 1999 förelåg en relativt liten skillnad mellan referensen med konventionellt bindemedel och Duradrän och Caribit med PmB. Det lägsta värdet hade dränbeläggningen med PmB 20 som var baserat på B 120 jämfört med den hårdare B85 för de andra sträckorna. Bindemedlets hårdhet påverkar således asfaltens flexibilitet och styvhet. De polymermodifierade bindemedlen uppvisade

också något större påverkan av åldringen än referensen även om

pressdraghållfastheten i de flesta fall endast ökat måttligt med tanke på de relativt höga hålrummet i beläggningen.

Vattenkänslighet genom pressdraghållfasthetsprovning

Under uppföljningsperioden har beständigheten på borrkärnor undersökts vid tre olika tillfällen. Vid provtagningen 1990 och 1999 testades vattenkänsligheten genom pressdraghållfasthetsprovning vid 10°C. Undersökningarna följer i princip FAS metod 446 eller dess föregångare (MBB 49). Antalet prov var 3/3

Figur 21 Vidhäftningstal genom pressdra på borrkärnor från E20, Partille.

Kommentarer

De vidhäftningstal som uppmättes 1990 låg mellan 58-73 % med de högsta värdena för Duradrän och Caribit. Värdena var oväntat låga. Dränerande beläggningar är svåra att vattenmätta på grund av sitt öppna porsystem och får därför en relativt låg vattenmättnadsgrad vid provningen. Vid undersökningen 1999 (vid betydligt lägre hålrumshalt) erhöll sträckorna med PmB vidhäftningstal omkring 50 % medan referenssträckan uppvisade 37 % i vidhäftningstal. Beständigheten hade alltså försämrats något mer för beläggningen med B85 jämfört med PmB-sträckorna. Den relativt låga beständigheten stämmer väl överens med besiktningarna av provvägen där en del stenlossning observerades och beläggningen i allmänhet såg åldrad och spröd ut. Skillnaden mellan sträckorna var dock enligt besiktningen

liten-Cantabrian test

Genom att dränbeläggningen är porös är det viktigt att materialet, trots en relativ liten andel bruk, har en bra kohesion så att inte materialet lossnar ur beläggningen. Det ställer höga krav på vidhäftningsegenskaperna mellan bindemedlet och stenen samt att massan är proportionerad på bästa sätt. Materialets kohesion har bestämts genom en modifierad variant av Cantabrian test (ibland kallad Cantabro) som anpassats till borrkärnor. Cantabrian test har i vissa europeiska länder kommit att bli en viktig test vid proportionering av dränasfalt. Den ger ett mått på hur mycket bindemedel massan fordrar för att erhålla acceptabel hållbarhet (kohesion) och ger även ett svar på massans beständighetsegenskaper genom att våt- och torrlagrade prov jämförs. Cantabrian test innebär att en provkropp nöts i en Los Angeles trumma ett antal varv och därefter mäts sönderfallet (nötningen) av provet. Provningen kan göras på antingen torr- eller våtlagrade prov. Normalt görs provningen på Marshallprovkroppar med definierad höjd. Inom denna undersökning har provningen gjorts på borrkärnor från vägen. Normalt utförs

provningen vid rumstemperatur, i Österrike dock vid -20°C. Metodens precision är inte närmare känd, men bör vara dålig.

Testen som utfördes på borrkärnor från 1994 är i princip utförda enligt CEN- metoden TC 227/WG1 (second draft), dock delvis med reducerat antal varv (100 varv). Detta gjordes p.g.a. av att borrkärnornas höjd i en del fall var ca hälften mot föreskriven (63,5 mm). Limmade provkroppar (med föreskriven höjd) testades även vid föreskrivna 300 varv. De tunna provkropparna gav enligt inledande

försök ganska likartade resultat som de med föreskriven höjd.

Metodbeskrivningen (original) framgår av bilaga 3. Vid VTI har provning även gjorts med vattenlagrade prov för att få ett mått på vattenkänsligheten. En kort beskrivning av VTIs utförande följer:

1. Borrkärnornas ändytor sågades till och två prov limmades ihop alternativt ett prov testades.

2. Torrlagrade resp. våtlagrade prov testades. Våtlagrade prov

vakuummättades först en timme vid 30 mbar undertryck följt av 23 tim lagring vid atmosfäriskt tryck. Proverna lagrades sedan ytterligare 5 dygn i vatten vid rumstemperatur.

3. Proven nöttes i Los Angelestrumman i 100 resp. 300 varv

4. Nötningen beräknades från viktskillnaden före och efter provningen och redovisas i procent (se nedan). Ett högre värde innebär därför större

nötning.

Nötningen beräknades genom följande formel: mj - ni2 W = --- * 100 (%) där: nii W = nötningsvärde mi = initial vikt i g ni2 = slutlig vikt i g

Resultaten redovisas i tabell 6 och figur 22.

Tabell 6 Cantabrian test på borrkärnor från 1994.

Objekt, nr "Cantabrian värde", % 1. limmade provkroppar, höjd ca 65 mm, 300 varv 2. tunna provkroppar, höjd ca 32 mm, torra prov 100 varv 3. tunna provkroppar, vattenmättade prov 100 varv

Sträcka 1, Drainor, ref. 17 11 67

Sträcka 2, Duradrän - 13 71

Figur 22 Cantabrian test på borrkärnor tagna 1994från E20, Partilie.

Kommentarer

Samtliga prov erhöll relativt litet slitage i torrt tillstånd (7-13 %). Efter det proven vattenmättats uppvisade sträckorna 1-3 stort slitage på ca 70 % av ursprunglig vikt. Sträcka 4 erhöll däremot låga värden även vid provning efter vattenmättning. Det är dock viktigt att komma ihåg att resultaten kan påverkas eller förstärkas av de tunna, utsågade borrkärnorna. Provningen får ses som en orienterande studie där ett av syftena är att skaffa erfarenheter av metoden. Enligt övriga provningar (frånsett styvhetsmodulen i nästa avsnitt) och även den okulära besiktningen skiljer sig inte sträcka 4 nämnvärt från övriga sträckor varför det är svårt att i detta fall tolka resultaten från Cantabrian test. Eventuellt har inte proven på sträcka 4 blivit (tagit åt sig vattnet) ordentligt vattenmättade innan provningen. Enligt vidhäftningstalen från 1994 som gjordes genom styvhetsmodul på vattenlagrade prov erhöll sträcka 4 det markant bästa resultatet som i viss mån pekar mot att Caribit i detta skede (eller enligt dessa tester) hade bättre vidhäftningsegenskaper än övriga provsträckor.

Vattenkänslighet genom mätning av styvhetsmodul

Materialets vattenkänslighet har också testats genom styvhetsmodulsmätningar på torra och vattenmättade provkroppar. Undersökningen genomfördes på borrprover från 1994. Provningsförfarandet följer i princip de erfarenheter som erhållits inom ett Vägverksprojekt ”Beständighet hos asfaltbeläggningar”, Peet Höbeda. Styvhetsmodul har använts i stället för pressdraghållfasthet för bestämning av vattenkänslighet eftersom styvhetsmodul är en icke förstörande provning och samma borrkärnor kan testas i torrt och vått tillstånd.

1. Provkropparnas ändytor sågades till.

2. Provets vikt och volym bestämdes.

3. Styvhetsmodulen bestämdes genom pulserande pressdragprovning (FAS

metod 454-91), provningstemp.: 10°C.

4. Provet vakuummättades i avjoniserat vatten i en timme vid 30 mbar undertryck följt av 23 timmars lagring vid atmosfäriskt tryck. Proverna lagrades sedan ytterligare 5 dygn i vatten vid rumstemperatur.

5. Styvhetsmodulen bestämdes på nytt genom pulserande pressdragprovning,

provningstemp.: 10°C. Resultaten redovisas i figur 23.

Figur 23 Vidhäftningstal genom mätning av på borrkärnor

från E20, Partilie.

Kommentarer

Vattenbeständigheten enligt test av styvhetsmodul på vattenlagrade borrkärnor (från 1994) varierade mellan 46-87 % beroende på sträcka. Det lägsta värdet erhöll sträcka 3 med vidhäftningstal mindre än 50 %. Modulvärdena är delvis höga för borrkärnorna, 5500-8500 MPa, ett tecken på att beläggningen med tiden blivit styvare genom åldringen av bindemedlet. Provningen utfördes på ganska tunna provkroppar, ca 32 mm.

Sammanfattande kommentarer och slutsatser

Ingenting i undersökningen, som omfattade 10 års uppföljning, pekar mot att dränbeläggningarna innehållande polymermodifierade bindemedel (Vestoplast, PmB 20 och Caribit) erhållit markant bättre hållbarhet eller längre livslängd än referensen med konventionellt bindemedel (B85). Skillnaderna i dubbavnötning, spårbildning, makrotextur, hålrumshalt, åldring, nedkrossning, mekaniska egenskaper, beständighet eller skadeutveckling är liten mellan de olika sträckorna även om vissa olikheter finns. Enligt de årliga okulära besiktningar har samtliga sträckor erhållit en del materialsläpp men i relativt liten omfattning och ingen av sträckorna hade behövts åtgärdats. Vägen kommer att läggas om med ny dränbeläggning i augusti 2000.

Följande erfarenheter och slutsatser kan dras från försöket:

Dubbavnötning

Dubbavnötningen gav ett spårslitage (spårdjup) på 13-17 mm (ca 1,7 mm per år) med det lägsta värdet för Duradrän med B 85 och det högsta värdet för ABD 16 med PmB 20. Sträckan med PmB 20 hade ett mjukare basbindemedel (B 120) än övrig (B 85), vilket till viss del kan förklara den högre spårbildningen.

Slitaget var markant större under det första året när beläggningen slets in men minskade sedan med tiden på grund av de skonsammare dubbdäcken som introducerades under 90-talet. Efter det beläggningen slitits in låg SPS-talen mellan 5-10 g bortsliten beläggning per km och dubbat fordon. Som jämförelse kan nämnas att ABS 16 med samma typ av kvartsit som vid Partille på E6:an vid Göteborg under samma tid erhållit SPS-tal mellan 3-7. Den sista vintern i Partille (98/99) hamnade SPS-talen på 6-7 jämfört med 24-26 under den första vintern 1990/91.

Det kan också nämnas att dubbanvändningen ökade under 1990-talet i Göteborgsregionen (samma utveckling i hela södra Sverige). Vintern 1990/91 hade drygt 25 % av personbilarna dubbdäck under vinterhalvåret (medelvärde för november-april) medan morsvarande siffra var 60 % vintern 1999/2000.

Enligt tidigare erfarenheter har nötningsresistensen ofta visat sig vara sämre för drän- än för täta, stenrika beläggningar på grund av mer stensläpp. Andelen grovt stenmaterial är annars lika hög i ABD som i ABS-beläggningar. Risken för accelererat slitage ökar vid högre hastigheter (90-110 km/h) och om vatten blir stående i beläggningen (lågpunkter, skugga).

Spårbildning (deformationer + dubbavnötning)

Efter nio års trafik låg det totala spårdjupet enligt RST-mätningar mellan 18-20 mm (ca 2 mm per år). Högst värde uppvisade ABD med PmB20 medan skillnaden var liten mellan övriga sträckor. Spårbildningen har med tiden accelererat något. Orsaken kan vara mer stensläpp under senare år men trafiken (den tunga) har också ökat under 90-talet. Under hela mätperioden (90-99) kan 78-88 % procent av spårbildningen tillskrivas dubbslitaget. Deformationerna svarade således bara för ca 1/5-del av spårbildningen. Dränasfalt är känd för sin höga stabilitet på

grund av det grova stenskelettet och låg bindemedelshalt. Andelen av slitaget som kunde härledas deformationer var något högre för referensen jämfört med PmB- sträckorna.

Jämnhet (IRI)

Vid utförandet låg IRI-värdena mellan 1,2-1,6 mm/m. Det lägsta värdet erhöll Duradrän innehållande Vestoplast medan ABD innehållande Caribit hamnade högst. Efter nio års trafik hade IRI-värdena ökat med 0,2-0,5 mm/m. Den störst ökningen uppvisade ABD innehållande PmB 20. Dränasfalt erhåller på grund av sin större grovskrovlighet något högre IRI-värden än skelettasfalt.

Makrotextur (RRMS) enligt R S T och ytdräneri

Vid den första mätningen som gjordes hösten 1990 uppvisade sträckorna höga makrotexturer på 1,1-1,4 mm (i spåren). ABD innehållande PmB 20 erhöll de lägsta värdet vilket var logiskt med tanke på det mjukare bindemedlet (basbitumen B 120). Efter nio års trafik låg RRMS-värdet ca 0,9 mm för samtliga sträckor. Det innebär att ytan fortfarande kan betraktas som skrovlig och bra med tanke på friktion (mindre risk för vattenplaning) och vattensprut. Makrotexturen förändrades mest under den första vintern när stentopparna nöttes ned och en del av porerna täpptes till. Under de senaste 4-5 åren har makrotexturen inte förändrats.

Beläggningens ytdräneringsförmåga mättes också med utflödesmätare. En mätning gjordes första hösten. Utrinningstiden låg mellan 6-14 sek, dvs. på en hög nivå som indikerar en skrovlig yta. Spridningen var dock relativt stor inom sträckorna. Sträckorna med Vestoplast och Caribit var dock skrovligare än referensen och den med PmB 20.

Vid de båda texturmätningarna (RRMS och utflödesmätaren) från 1990 uppvisade sträckan innehållande Caribit högst och sträckan innehållande PmB 20 lägst grovskrovlighet.

Tjockleksmätning med Stratotest

Enligt de första mätningarna från 1990 konstateras någon millimeters deformation i det dränerande lagret. Efter vintern lossnade de plåtar som fanns nerlagda under dränbeläggningen och orealistiska resultat erhölls från tjockleksmätningen. Med tiden uppstod även omfattande materialsläpp i beläggningen på grund av dålig vidhäftning mot plåtarna och reparationer fick utföras. Mot den bakgrunden rekommenderas inte den här metoden för mätning av beläggningens tjocklek eller deformationsresistens.

Friktion

Friktionen har inte mätts vid Partilie. Beläggningar innehållande kvartsit brukar erhålla bra friktion även när de blivit polerade. Äldre dränbeläggningar med kvartsit har tidigare mätts i Skåne (VTI notat 6-1999, E6, Malmö). Enligt mätning från hösten 1998 (våtfriktionen ligger som lägst på hösten p.g.a. poleringen från de odubbade däcken) av ABD 16 med kvartsit hamnade friktionen för 20-